Разведка далеких планет

Рис. 4.24. Окрестности Солнца, сфотографированные с борта космической обсерватории SOHO. Солнце в центре закрыто круглым экраном. Слева к Солнцу приближается комета.

Любители астрономии знают, что даже Меркурий наблюдать непросто, хотя он и отходит от Солнца на расстояние от 17° до 28° (этот угол максимальной элонгации зависит от взаимного расположения Земли и орбиты Меркурия, поскольку она имеет довольно большой эксцентриситет). Еще труднее наблюдать планету внутри орбиты Меркурия. Практически это возможно только при полных солнечных затмениях. Во время затмений 1901, 1905 и 1908 гг. астрономы, пытаясь обнаружить Вулкан, фотографировали околосолнечные участки неба размерами 15°?15° и 8°?25°. На этих фотографиях имеются сотни слабых звезд (вплоть до 10^m), но планеты среди них нет.

С той поры прошел век, но экспериментаторы продолжают поиск и по-прежнему не очень?то доверяют теоретикам. Казалось бы, теория относительности Эйнштейна полностью объяснила странности в движении Меркурия, но, как мы видим, ученые — практики до сих пор пытаются измерить сплюснутость Солнца и обнаружить Вулкан. В их настойчивости есть свой резон: если не Вулкан, то что?нибудь интересное они обязательно найдут. Убедительный тому пример — попытка изучить солнечные окрестности при помощи автоматической орбитальной обсерватории SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), запущенной в конце 1995 г. совместными усилиями NASA и Европейского космического агентства (ESA). Этот аппарат работает в районе точки Лагранжа L₁ системы Солнце — Земля (см. рис. 4.19). На борту спутника есть специальный телескоп, в фокусе которого особая заслонка закрывает яркий диск Солнца, чтобы он не мешал обозревать окрестности светила. При помощи этого инструмента астрономы пытались обнаружить Вулкан; не нашли, зато открыли множество мелких комет, которые регулярно приближаются к Солнцу, оставаясь незамеченными для наземных астрономов (рис. 4.24).

Вулканоиды — родственники Вулкана

Телескопы SOHO несколько лет вглядывались в окрестности Солнца, и теперь можно почти определенно сказать, что крупной планеты (диаметром более 100 км) вблизи Солнца не существует. Однако все эти годы и теоретики не сидели без дела: они доказали, что внутри орбиты Меркурия существует зона устойчивого движения, где могли бы сохраниться небольшие фрагменты несформировавшейся планеты, похожие на астероиды. Кстати, в свое время неутомимый Бабине и для них придумал название — циклопы. Но сегодня их почему?то называют вулканоидами; вот ведь не везет бедному Бабине!

Небесные механики рассчитали положение области устойчивых орбит вблизи Солнца: внешняя граница «зоны вулканоидов», за которой их ждут сильные возмущения от больших планет, удалена от светила на 0,21 а. е. Напомню, что Земля удалена от Солнца на 1 а. е., а Меркурий — на 0,39 а. е. Внутренняя граница зоны вулканоидов находится на расстоянии 0,07 а. е. от Солнца. Оказывается, подлетать ближе к светилу для них опасно: под давлением солнечного света они могут довольно быстро затормозиться и упасть на Солнце.

Предвижу удивление читателя: давление солнечного света направлено от Солнца, как же оно может прижимать планету к светилу? Отчасти это верно: если бы планета была неподвижна, то давление на нее солнечных лучей действовало бы строго против силы притяжения и чуть — чуть бы ее ослабляла. Но для крупного тела эффект светового давления был бы совершенно незаметным. Все равно как если под крышу автобуса поместить надутый гелием шарик, который уменьшит вес многотонной машины на несколько граммов, но не сдвинет ее с места. Иное дело, если те же несколько граммов будут тянуть автомобиль вперед: в этом случае (на ровной дороге при отсутствии трения) машина начнет двигаться, постепенно ускоряя свой бег. А если автомобиль уже катился по инерции, как планета по орбите, то даже слабая тормозящая сила будет замедлять его движение; в конце концов автомобиль остановится. Но планета не может остановиться на орбите — при этом она просто упадет на Солнце.

Пример с автомобилем я выбрал не случайно. Даже в безветренный день, двигаясь вперед, автомобиль испытывает сопротивление воздуха — ветер всегда дует в лицо водителю. Примерно так же ведет себя солнечный свет: на движущуюся планету он падает не точно от Солнца, а чуть — чуть спереди. Этот эффект называют аберрацией света и обычно объясняют на примере дождя: пока мы стоим неподвижно, дождь льет сверху, а начнем бежать — хлещет в лицо.

Лобовое давление солнечных лучей на космический объект называют эффектом Пойнтинга — Робертсона, поскольку впервые на него указал в 1903 г. английский физик Джон Генри Пойнтинг (1852– 1914), а окончательно разъяснил его в 1937 г. американский физик Г. П. Робертсон. Этот эффект всегда тормозит планету и приближает ее к Солнцу, причем делает это тем активнее, чем меньше планета. Поэтому эффект Пойнтинга — Робертсона важен для самых мелких вулканоидов, размером не больше булыжника. А для крупных вулканоидов, размером во много метров и даже километров, гораздо важнее оказался недавно открытый эффект лучевой отдачи, или эффект Ярковского, также обязанный своим существованием солнечному свету. Сущность его состоит в том, что освещенная Солнцем поверхность астероида нагревается, а когда вращение уносит ее в тень, излучает накопленное тепло в инфракрасном диапазоне. Поток излучения действует как реактивный двигатель, и отдача немного изменяет орбиту астероида.

В последнее время, особенно в связи с проблемой астероидной опасности, этот эффект обсуждается в научной литературе все чаще. О его физических деталях мы еще поговорим, но вот вопрос: кто такой Ярковский? Почему о нем не упоминает ни один справочник, учебник или энциклопедия? Авторы научных статей по — разному называют его имя, специальность и даже национальность: «польский ученый», «русский инженер»… Заинтересовавшись, я нашел труды и жизнеописание И. О. Ярковского (1844–1902) и был очарован личностью этого самобытного человека, талантливого инженера и вдумчивого естествоиспытателя. Не все его идеи выдержали проверку временем. Но достаточно и того, что астрофизическая идея, высказанная инженером — путейцем в 1888 г., спустя столетие оказалась в арсенале современной науки. Это делает ему честь и требует познакомиться с ним поближе.

Жизнь и идеи инженера Ярковского

Иван Осипович Ярковский родился 12 мая (24 мая по н. с.) 1844 г. в Витебской губернии, в местечке Освей, на берегу одноименного озера (ныне г. Освея на берегу Освейского озера у северной границы Белоруссии). Его отец, Осип Янович, состоял домашним врачом у графа Яна Шадурского, влиятельного землевладельца. Ивану было 3 года, когда он потерял отца. Его мать, оставшись без средств, переселилась в Москву, где получила место гувернантки с правом держать при себе сына. Начальное образование Иван получил в школе при католической Петропавловской церкви в Москве, а затем был принят на казенный счет в Московский Александринский сиротский кадетский корпус.

Рис. 4.25. и. о. Ярковский.

С детства Иван проявлял способности к математике и механике. Еще в кадетском корпусе он изобрел дальномер, за что получил от великого князя Михаила Николаевича золотые часы. По окончании Корпуса в 1862 г. Ярковский был выпущен прапорщиком артиллерии на Кавказ, где прослужил шесть лет. Атмосферу воинской службы он  характеризовал так: «Среда была интеллигентная, всех интересовала литература, много читали». Тем не менее такая жизнь не могла удовлетворить пытливый ум Ивана Осиповича; он страстно желал продолжить свое образование и хлопотал о поступлении в Военно — инженерную академию. Но оставлять военную службу молодому офицеру не хотелось: за шесть лет он привык к известному положению, к вполне обеспеченной и самостоятельной жизни. Однако хлопоты успехом не увенчались.

Получив отказ, Ярковский решается бросить все и пытается собственными силами пробить себе дорогу: едет в Петербург и поступает в Технологический институт. Оставшись без средств, он торопится с